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数値解析のための結合力モデル

関口悠 東京工業大学

2020.11.01

概要

昨今，数値解析による強度予測の需要が増しているが，“強度”を判断する基準にはどのようなものがあるのだろうか。ある材料の機能が損失することを破損（failure）といい，どの状態をもって破損と見なすかはその材料の使用目的に依存する1)。降伏（yield）を破損と捉えることも多く，強度則として最大主応力基準や最大せん断応力基準（トレスカの降伏条件），せん断ひずみエネルギー基準（ミーゼスの降伏条件）などが存在する。これらは過大な変形のために使用できなくなる条件を判断する強度基準である。また材料の分離や破断を伴う破壊（fracture）も安全性を考える上で重要な強度基準であり，破壊力学などで議論されてきた。

　き裂を有する部材の変形は，Fig. 1に示すように3つの独立な変形モードであるモードI（開口型），モードII（面内せん断型），モードIII（面外せん断型）に分けることができる。線形破壊力学では各モードにおいてき裂が成長する条件を応力拡大係数やエネルギー解放率など実験で測定可能な破壊力学パラメータを用いて明らかにしてきたが，き裂のない部位の破壊は表現できなかった。連続体損傷力学は破壊力学とは異なるアプローチを採用し，損傷による剛性低下や降伏関数の変化を材料構成則に導入することでき裂の有無に関係なく破壊挙動を表現したが，現象の解析には有限要素法（finite element method; FEM）が不可欠であった。破壊力学に基づく解析でもFEMの応用が検討されるようになり，エネルギー解放率を基準にした解析にCohesive Zone Model（CZM）を利用する手法が提案された。CZMはき裂先端近傍で応力特異性を失った塑性域を破壊力学で取り扱うために導入された概念であり，き裂先端近傍の塑性域や損傷領域をFig.2に示すようにき裂が閉じる方向に結合力が働く領域（cohesive zone）として表現した。弾性変形ではひずみに比例して応力が増加するが，塑性域や損傷領域では比例関係が成り立たないため，変形量に対する力の関係（結合力分布）を定義する必要があった。そこで，CZMでは結合力-相対変位関係（traction-separation law; TSL）を導入し，塑性・損傷によって徐々に結合力が低下していく過程をモデル化した。そしてHillerborgらはcohesive zoneに独自の結合力分布モデルを挿入することでFEMによる損傷解析に成功した2)。こうして破壊力学でもき裂の有無に関わらず損傷進展を解析することが可能となった。

　Cohesiveという形容詞は[凝集，粘着，結合，付着，団結(+性/力)]など様々に訳されるが，本稿ではCZMに対応する訳語として「結合力モデル」を使用する。数値解析におけるCZMはcohesive zoneの形成，損傷の開始，剛性の軟化，そして完全な材料の分離に至るまでの破壊過程を界面の力-変位関係によって表現する。

　CZMを利用した接着強度予測に関する論文は多く存在し，総説や解説書も充実している3-8)。また商用ソフトウェアにも搭載されることが増えてきたため，ユーザーが独自にサブルーチンを組み込む作業が省かれ，今後更なる利用拡大が期待される。本稿では，CZMの基本となる結合力-相対変位関係を中心に接着層へのCZM適用について解説する。

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参考文献

1) 改訂 材料強度学，社団法人 日本材料学会，2005

2) A. Hillerborg, M. Modéer, P.E. Peterson, Cement Concrete Res., 6, 773 (1976).

3) “Advances in Numerical Modeling of Adhesive Joints”, L.F.M. da Silva, R.D.S.G. Campilho, Springer, 2012.

4) J.A. Pascoe, R.C. Alderliesten, R. Benedictus, Eng. Fract. Mech., 112-113, 72 (2013).

5) M.D.M. Gift, P. Selvakumar, S.J. Alexis, Mech. Eng., 55, 12760 (2013).

6) A. Yoshimura, J Adhesion Soc. Jpn., 50, 179 (2014). (吉村彰記，日本接着学会誌)

7) Y. Kouno, J. Adhesion Soc. Jpn., 54, 435 (2018). (河野洋輔，日本接着学会誌)

8) L.D.C. Ramalho, R.D.S.G. Campilho, J. Belinha, L.F.M. da Silva, Int. J. Adhesion Adhesives, 96, 102451 (2020).

9) R.D.S.G. Campilho, M.D. Banea, A.M.G. Pinto, L.M.F. da Silva, A.M.P. de Jesus, Int. J. Adhesion Adhesives, 31, 363 (2011).

10) N.Abe, Y.Sekiguchi, C. Sato, J. Adhesion Soc. Jpn., 54, 358 (2018). (阿部徳秀，関口悠，佐藤千明，日本接着学会誌)

11) R.D.S.G. Campilho, M.F.S.F. de Moura, J.J.M.S. Domingues, Compos. Sci. Technol., 65, 1948 (2005).

12) D.C. O’Mahoney, K.B. Katnam, N.P. O’Dowd, C.T. McCarthy, T.M. Young, Int. J. Adhesion Adhesives, 40, 168 (2013).

13) A. Mubashar, I.A. Ashcroft, A.D. Crocombe, J. Adhesion, 90, 682 (2014).

14) P.P. Camanho, C.G. Dávila, NASA/TM-2002-211737 (2002).

15) I.S. Floros, K.I. Tserpes, T. Löbel, Compos. Part B, 78, 459 (2015).

16) A. Guilpin, G. Franciere, L. Barton, M. Blacklock, M. Birkett, Polymers, 11, 1531 (2019).

17) V. Tvergaard, J.W. Hutchinson, J. Mech. Phys. Solids, 40, 1377 (1992).

18) V. Tvergaard, J.W. Hutchinson, J. Mech. Phys. Solids, 41, 1119 (1993).

19) V. Tvergaard, J.W. Hutchinson, Phil. Magazine A, 70, 641 (1994).

20) V. Tvergaard, J.W. Hutchinson, J. Mech. Phys. Solids, 44, 789 (1996).

21) Q.D. Yang, M.D. Thouless, S.M. Ward, J. Mech. Phys. Solids, 47, 1337 (1999).

22) Q.D. Yang, M.D. Thouless, S.M. Ward, J. Adhesion, 72, 115 (2000).

23) Q.D. Yang, M.D. Thouless, S.M. Ward, Int. J. Solids Struct., 38, 3251 (2001).

24) Q.D. Yang, M.D. Thouless, Int. J. Fract., 110, 175 (2001).

25) M.N. Cavalli, M.D. Thouless, J. Adhesion, 76, 75 (2001).

26) M.F.S.F. de Moura, J.P.M. Gonçalves, J.A.G. Chousal, R.D.S.G. Camphilho, Int. J. Adhesion Adhesives, 28, 419 (2008).

27) R.D.S.G. Campilho, M.D.S.D. de Moura, J.J.M.S. Domingues, Int. J. Solids Struct., 45, 1497 (2008).

28) K.N. Anyfantis, Compos. Struct., 94, 2632 (2012).

29) K.N. Anyfantis, N.G. Tsouvalis, Int. J. Solids Struct., 49, 213 (2012).

30) K.N. Anyfantis, N.G. Tsouvalis, Compos. Struct., 96, 858 (2013).

31) K.N. Anyfantis, N.G. Tsouvalis, Int. J. Adhesion Adhesives, 41, 41 (2013).

32) A.M.G. Pinto, A.G. Magalhães, R.D.S.G. Campilho, M.F.S.F. de Moura, A.P.M. Baptista, J. Adhesion, 85, 351 (2009).

33) A. Needleman, J. Appl. Mech., 54, 525 (1987).

34) F. Ma, K. Kishimoto, JSME Int. J., Ser. A, 39, 496 (1996).

35) 大宮正毅，岸本喜久雄，渋谷壽一，日本機械学会論文集（A 編），66, 532 (2000).

36) K. Park, G.H. Paulino, J.R. Roesler, J. Mech. Phys. Solids, 57, 891 (2009).

37) X.P. Xu, A. Needleman, J. Mech. Phys. Solids, 42, 1397 (1994).

38) Y. Sekiguchi, A. Hayashi, C. Sato, J. Adhesion, 96, 647 (2020).

39) B.F. Sørensen, Acta Mater., 50, 1053 (2002).

40) B.F. Sørensen, T.K. Jacobsen, Eng. Fract. Mech., 70, 1841 (2003).

41) T. Andersson, U. Stigh, Int. J. Solids Struct., 41, 413 (2004).

42) A. Biel, U. Stigh, Int. J. Fract., 165, 93 (2010).

43) K. Leffler, K.S. Alfredsson, U. Stigh, Int. J. Solids Struct., 44, 530 (2007).

44) M. Imanaka, M. Omiya, N. Taguchi, J. Adhesion Soc. Jpn., 55, 130 (2019). (今中誠，大宮正毅，田口敬章，日本接着学会誌)

45) R.J.B. Rocha, R.D.S.G. Campilho, J. Adhesion, 94, 562 (2018).

46) J.P.M. Gonçalves, M.F.S.F. de Moura, P.M.S.T. de Castro, A.T. Marques, Eng. Comput., 17, 28 (2000).

47) 連続体損傷力学 損傷・破壊解析の連続体力学的方法，村上澄男，森北出版，2008.

48) M. Lee, E. Yeo, M. Blacklock, M. Janardhana, S. Feih, C. H. Wang, Int. J. Adhesion Adhesives, 58, 44 (2015).

49) S. Murakami, Y. Sekiguchi, C. Sato, E. Yokoi, T. Furusawa, Int. J. Adhesion Adhesives, 67, 86 (2016).

50) K. Shimamoto, Y. Sekiguchi, C. Sato, Int. J. Solids Struct., 102-103, 120 (2016).

51) M.A.S. Santos, R.D.S.G. Campilho, Int. J. Fract., 207, 55 (2017).

52) M. Costa, R. Carbas, E. Marques, G. Viana, L.F.M. da Silva, Theor. Appl. Fract. Mech., 91, 94 (2017).

53) F.A.A. Nunes, R.D.S.G. Campilho, Int. J. Adhesion Adhesives, 85, 58 (2018).

54) M.L. Benzeggagh, M. Kenane, Compos. Sci. Technol., 56, 439 (1996).

55) V.C. Li, C.M. Chan, C.K.Y. Leung, Cement Concrete Res., 17, 441 (1987).

56) P. Olsson, U. Stigh, Int. J. Fract., 41, R71 (1989).

57) Z. Suo, G. Bao, B. Fan, J. Mech. Phys. Solids, 40, 1 (1992).

58) A. Biel, U. Stigh, Eng. Fract. Mech., 75, 2968 (2008).

59) T. Andersson, A. Biel, Int. J. Fract., 141, 227 (2006).

60) T. Carlberger, U. Stigh, J. Adhesion, 86, 816 (2010).

61) G. Ji, Z. Ouyang, G. Li, S. Ibekwe, S.S. Pang, Int. J. Solids Struct., 47, 2445 (2010).

62) G. Ji, Z. Ouyang, G. Li, Exp. Mech., 52, 481 (2012).

63) R.D.S.G. Campilho, D.C. Moura, M.D. Banea, L.F.M. da Silva, Int. J. Adhesion Adhesives, 57, 125 (2015).

64) D. Álvarez, B.R.K. Blackman, F.J. Guild, A.J. Kinloch, Eng. Fract. Mech., 115, 73 (2014).

65) G. Li, C. Li, Compos. Part B, 69, 359 (2015).

66) A. Turon, C.G. Dávila, P.P. Camanho, J. Costa, Eng. Fract. Mech., 74, 1665 (2007).

67) 伊原涼平，巽明彦，内藤純也，神戸製鋼技報，69, 82 (2019).

68) M.J. Lee, T.M. Cho, W.S. Kim, B.C. Lee, J.J. Lee, Int. J. Adhesion Adhesives, 30, 322 (2010).

69) J.C.S. Azevedo, R.D.S.G. Campilho, F.J.G. da Silva, T.M.S. Faneco, R.M. Lopes, Theor. Appl. Fract. Mech., 80, 143 (2015).

70) 堀内伸，関口悠，石橋慶輝ら，公益社団法人自動車技術会 2019 年秋季大会学術講演会講演予稿集，20196184 (2019).

71) R.L. Fernandes, R.D.S.G. Campilho, J. Adhesion, 93, 57 (2017)

72) R.D.S.G. Campilho, M.D. Banea, J.A.B.P. Neto, L.F.M. da Silva, Int. J. Adhesion Adhesives, 44, 48 (2013).

73) R.L. Fernandes, R.D.S.G. Campilho, J. Adhesion, 95, 325 (2019).

74) J. Zhang, J. Wang, Z. Yuan, H. Jia, Int. J. Adhesion Adhesives, 85, 37 (2018).

75) Y. Sekiguchi, Y. Yamagata, C. Sato, J. Adhesion Soc. Jpn., 53, 330 (2017).

76) J.J.M. Machado, P.D.P. Nunes, E.A.S. Marques, L.M.F. da Silva, Int. J. Adhesion Adhesives, 96, 102501 (2020).

77) S. Marzi, O. Hesebeck, M. Brede, F. Kleiner, Proceeding of 7th European LS-DYNA Conference, Salzburg (2009).

78) M. May, H. Voß, S. Hiermaier, Int. J. Adhesion Adhesives, 49, 7, (2014).

79) M. May, O. Hesebeck, S. Marzi, W. Böhme, J. Lienhard, S. Kilchert, M. Brede, S. Hiermaier, Eng. Fract. Mech., 133, 112 (2015).

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